JPH04343047A

JPH04343047A - 異物検査方法

Info

Publication number: JPH04343047A
Application number: JP3141372A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Goto; 和彦後藤; Susumu Takahashi; 享高橋; Hiroshi Yamanouchi; 山之内　宏; Isamu Tomaru; 都丸　勇; Yoshihisa Takahashi; 高橋　芳久
Original assignee: Fujikura Ltd; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Fujikura Ltd; Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 1991-05-17
Filing date: 1991-05-17
Publication date: 1992-11-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は電力ケーブル等の絶縁
に用いられる架橋ポリエチレン等の樹脂の絶縁体に含ま
れている異物を画像処理により検査する異物検査方法に
関し、特に、異物種判別方法の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】電力ケーブルの絶縁に用いられる架橋ポ
リエチレン、あるいは、これに類似した透明または半透
明のプラスチック等の樹脂の絶縁体に金属粒子、添加剤
の未分散物およびスコーチ粒子等の異物が混入したり、
あるいは、微細なボイドが存在したりすると、電力ケー
ブルの絶縁性能が著しく低下してしまう。これにより、
電力ケーブルの信頼性が大きく損なわれる。

【０００３】このため、従来、製造した絶縁体の一部を
薄く切り出して顕微鏡によって観察を行い、異物やボイ
ドの数および大きさから絶縁体の他の部分の品質を保証
する方法が実施されていた。しかし、この方法は、人が
実施するため、観察者間の熟練度による観察精度のばら
つきや疲労による観察精度の低下が問題となっていた。

【０００４】ここで、画像処理技術を用いて絶縁体の異
物を自動検査する異物検査装置を考えるとき、図１は一
般的なカラー画像の異物検査装置の構成を示すブロック
図である。この図において、１は異物を混入させた模擬
ケーブルの絶縁体（架橋ポリエチレン）を薄くスライス
し、ガラス板等で挟むなどして平らにされたサンプル、
２はサンプル１が載置された透明板、３は実体顕微鏡や
マクロレンズによってサンプル１内に混入した異物を拡
大して撮影するカラーのテレビカメラである。

【０００５】ここで、図２にサンプル１とテレビカメラ
２の部分の概略正面図を示す。図２において、４はテレ
ビカメラ３に装着されたマクロレンズである。５はテレ
ビカメラ３に装着され、サンプル１に対して落射光を照
射するリングライト、６はマクロレンズ４の中心軸上の
透明板２の下部に設けられ、サンプル１に対して透過光
を照射するリングライトである。そして、これらのリン
グライト５および６は、図３に示すように、光源７から
光ファイバーケーブル８によって導かれた光がリング状
に並べられた光ファイバーケーブル８の端部からなる発
光体９からリング状の光として照射されるものであり、
サンプル１に対して影が出ないようにしている。ここで
、光源７のうち、落射照明用、即ち、リングライト５の
光源を光源７１、透過照明用、即ち、リングライト６の
光源を光源７２とする。また、光源７の光量は、後述す
る演算装置１２によって連続的に制御される。尚、リン
グライト５に代えて同軸照明装置を用いてもよく、リン
グライト６に代えてケーラ照明およびコンデンサレンズ
を用いてもよい。

【０００６】また、図１において、１０はテレビカメラ
３から出力されるカラーのビデオ信号をディジタルの画
像データに変換するＡ／Ｄ変換器、１１は画像データを
赤，緑，青（以下、ＲＧＢという）の３原色に分離して
画面上の座標に対応してそれぞれのフレームに記憶する
画像メモリ、１２は画像メモリ１１に記憶された画像デ
ータを演算処理して画像の輪郭の強調や補正を行うと共
に、光源７を制御してサンプル１に照射する光の制御を
行う演算装置、１３は演算装置１２が演算処理したデー
タを表示するカラーの表示装置である。尚、画像の取り
込み範囲は検出すべき異物の大きさと要求解像度とによ
るが、一般的には１回の処理では１つのサンプル１の観
察必要面積すべてに亙って処理することはできないので
、サンプル１は透明板２のＸＹステージに載置して順送
りして一部分ずつ処理できるようにしておく。

【０００７】このような構成において、リングライト５
および６によって光が照射されたサンプル１は、マクロ
レンズ４によって拡大され、テレビカメラ３によって撮
影される。次に、テレビカメラ３から出力されるカラー
のビデオ信号は、Ａ／Ｄ変換器１０によってディジタル
の画像データに変換された後、画像メモリ１１にＲＧＢ
の３原色に分離されて記憶される。尚、画像メモリ１１
は必要に応じて複数画面分用意してもよい。

【０００８】これにより、演算装置１２は、異物種を判
定するために、各異物の色に対応するＲＧＢの３原色の
構成比率と各原色の和（輝度）の範囲を指定したり、Ｒ
ＧＢ値をマンセル値やＬａｂ値等の他の色座標系に変換
して所定の色の範囲を指定したりして、画面中からその
範囲に相当する色の異物を抽出した後、表示装置１３に
演算処理したデータを表示する。このようにして認識し
た異物の大きさや数をカウントして次の画面の検査へ移
行し、最終的にサンプル１の全ての被検査面を検査する
。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来の異物検査装置においては、例えば、金属異物では１
個の異物の中で広範囲の色を持っているため、このすべ
ての範囲の色を指定して抽出を行うと、その異物以外の
部分あるいはサンプル１の母材まで抽出してしまうとい
う問題があった。ここで、金属異物として銅を例にとる
と、元は赤オレンジ色であるが、これに光が照射されて
乱反射が起こると、虹色に光って緑、黄、赤など非常に
広範囲の色が観察される。また、ステンレスの場合には
、白っぽいため、装置には、白濁半透明のポリエチレン
である母材と見分けがつかない。

【００１０】従って、この範囲の色をすべて抽出色とし
て指定すると、場合によっては、画面全体が抽出されて
しまい、実用性がなくなる。また、上述したように色の
広がりを持った異物は検出できないため、異物あるいは
ボイドの正確な数が把握できないという欠点があった。この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、検査
精度を向上させることができる異物検査方法を提供する
ことを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
薄くスライスされた透明または半透明の樹脂からなるサ
ンプル中に含まれている異物あるいはボイドの色が最も
際立つように落射光および透過光を照射しつつ、前記サ
ンプルをカラー撮影し、この撮影によって得られた第１
のカラー画像を赤データ，緑データ，青データに分離し
て記憶し、前記赤データ，緑データ，青データのすべて
を前記第１の画像データの画面全体に亙って走査して前
記サンプルの母材の色範囲を指定して認識することによ
り、前記サンプルの母材と認識されない部分の前記画面
上の座標を抽出して記憶し、前記サンプル中に含まれて
いる異物あるいはボイドの影が最も際立つように透過光
を照射しつつ、前記サンプルをカラー撮影し、この撮影
によって得られた第２のカラー画像を赤データ，緑デー
タ，青データに分離して記憶し、前記赤データ，緑デー
タ，青データのすべてを前記第２の画像データの画面全
体に亙って走査して前記サンプルの母材の標準的な明る
さの範囲の下限よりも暗い部分と、前記サンプルの母材
の標準的な明るさの範囲の上限よりも明るい部分とを認
識することにより、前記サンプルの母材と認識されない
部分の前記画面上の座標を抽出して記憶し、前記第１の
画像データに基づいて得られた座標と前記第２の画像デ
ータに基づいて得られた座標とを重ね合わせ、少なくと
もその一方によって指定される画素集団を前記異物ある
いはボイドの座標と認識し、前記異物あるいはボイドと
して認識された前記画素集団の座標を構成する画素の色
を前記異物あるいはボイドの予め求めた座標系における
特性と照合して前記異物あるいはボイドの種類を認識す
ることを特徴としている。

【００１２】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の発明において、前記異物あるいはボイドの座標系に
おける特性は、前記画素集団内の赤データ，緑データ，
青データのそれぞれあるいは３つの和もしくは３つのデ
ータの構成比，平均値，標準偏差，相関係数，主成分そ
の他の統計上の値等からなる関係値、前記画素集団を構
成する各画素の赤データ，緑データ，青データのそれぞ
れあるいはすべての和もしくはすべてのデータの前記関
係値、隣り合った画素同士の明るさ・色の変化量・変化
率等であることを特徴としている。

【００１３】

【作用】この発明によれば、まず、サンプル中に含まれ
ている異物あるいはボイドの色が最も際立つように落射
光および透過光を照射しつつ、サンプルをカラー撮影し
、この撮影によって得られた第１のカラー画像を赤デー
タ，緑データ，青データに分離して記憶する。次に、赤
データ，緑データ，青データのすべてを第１の画像デー
タの画面全体に亙って走査してサンプルの母材の色範囲
を指定して認識することにより、サンプルの母材と認識
されない部分の画面上の座標を抽出して記憶する。

【００１４】そして、サンプル中に含まれている異物あ
るいはボイドの影が最も際立つように透過光を照射しつ
つ、サンプルをカラー撮影し、この撮影によって得られ
た第２のカラー画像を赤データ，緑データ，青データに
分離して記憶する。次に、赤データ，緑データ，青デー
タのすべてを第２の画像データの画面全体に亙って走査
してサンプルの母材の標準的な明るさの範囲の下限より
も暗い部分と、サンプルの母材の標準的な明るさの範囲
の上限よりも明るい部分とを認識することにより、サン
プルの母材と認識されない部分の画面上の座標を抽出し
て記憶する。

【００１５】これにより、第１の画像データに基づいて
得られた座標と第２の画像データに基づいて得られた座
標とを重ね合わせ、少なくともその一方によって指定さ
れる画素集団を異物あるいはボイドの座標と認識する。そして、異物あるいはボイドとして認識された画素集団
の座標を構成する画素の色を異物あるいはボイドの予め
求めた座標系における特性と照合して異物あるいはボイ
ドの種類を認識する。

【００１６】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例に
ついて説明する。この発明は、異物あるいはボイドとし
て認識された画素集団の画素色を各々認識した時、画素
集団の各画素の持つ色の平均や画素集団内の色のばらつ
きが、各々の異物あるいはボイドの種類によって特徴を
持っているという実験結果に着目してなされたものであ
る。尚、装置の構成は図１のものと同様であるが、演算
装置１２の機能が後述するように異なる。

【００１７】次に、この異物検査方法を適用した異物検
査装置の動作について説明する。まず、演算装置１２は
、光源７１および７２を制御してリングライト５および
６から照射される光量を異物あるいはボイドの色が最も
際立つように調整する。そして、テレビカメラ３によっ
てサンプル１を撮影する。これにより、テレビカメラ３
から出力されるカラーのビデオ信号は、Ａ／Ｄ変換器１
０によってディジタルの画像データに変換された後、画
像メモリ１１にＲＧＢの３原色に分離されて記憶される
。この画像データを第１の画像データとする。尚、第１
の画像データは、演算装置１２が演算処理によるシェー
ディング補正をすることなどにより、全体の明るさの濃
淡の斑を最小限に押さえておく。

【００１８】次に、演算装置１２は、画像メモリ１１に
記憶された第１の画像データの全画素を走査して母材（
架橋ポリエチレン）の色を抽出して認識することにより
、母材と母材以外の部分とに分ける。そして、母材以外
の部分の画素の座標を記憶する。ここで、画像処理にお
いてある色を抽出し、認識するにはいくつかの手法があ
るが、最も簡単なのは、従来の技術と同様に、画面上の
その色に相当するＲＧＢの３原色の構成比率と各原色の
和（輝度）の組み合わせの範囲を区切って指定する。これを画面上の全画素に対して実施する。また、母材以
外の部分の座標を抽出するのに母材の色を抽出するのは
、母材は色の変化が少なく、１種類の範囲と組み合わせ
を指定すればよいからである。

【００１９】次に、演算装置１２は、光源７２のみを制
御してリングライト６から照射される光量を異物あるい
はボイドの影が最も際立つように調整する。そして、テ
レビカメラ３によってサンプル１を撮影する。これによ
り、テレビカメラ３から出力されるカラーのビデオ信号
は、Ａ／Ｄ変換器１０によってディジタルの画像データ
に変換された後、画像メモリ１１にＲＧＢの３原色に分
離されて記憶される。この画像データを第２の画像デー
タとする。尚、第２の画像データも第１の画像データと
同様、演算装置１２が演算処理によるシェーディング補
正をすることなどにより、全体の明るさの濃淡の斑を最
小限に押さえておく。

【００２０】次に、演算装置１２は、画像メモリ１１に
記憶された第２の画像データの明るさを各画素において
ＲＧＢの各原色の和として演算し、母材の標準的な明る
さの範囲の下限よりも暗い部分（これが異物に相当する
）と、母材の標準的な明るさの範囲の上限よりも明るい
部分（これがボイドに相当する）とを母材以外の部分と
して指定する。

【００２１】ここで、明るさを演算するためには、ＲＧ
Ｂそれぞれに対する人の目の感度とカメラの感度とを合
わせるため、単にＲＧＢ値を合計するのではなく、ＲＧ
Ｂにそれぞれ適当な係数をかけて合計してもよい。これ
を画面上の全画素に対して実施する。そして、上述した
処理によって得られた第１の画像データによる母材でな
い部分の座標と、第２の画像データによる母材でない部
分の座標とを重ね合わせ、少なくともその一方によって
指定される座標を異物あるいはボイドの存在する座標と
して記憶する。そして、各異物あるいはボイドと指定さ
れた部分をクラスタリング（ｃｌｕ−ｓｔｅｒｉｎｇ）
およびラベリングによって画素の集団として認識して分
離し、番号を割り振る。尚、必要に応じて膨張や縮退処
理を実施してもよい。

【００２２】次に、記憶されたすべての異物あるいはボ
イドの座標の色を第１の画像データを用いて判断した後
、画素集団内部の色を、例えば、各画素毎のＲＧＢの３
原色の強度を数値で読み取り、これを図４〜図９に示す
ようにグラフで表現する。尚、図４〜図９は、本来、パ
ラメータがＲＧＢの３個なので、３次元座標となるが、
表示しやすくするため、これを展開した形で表現してい
る。図４の＋印は架橋ポリエチレン（母材）、図５の×
印はアンバー（ポリエチレンが熱履歴によって黄色く変
色したもの）、図６の■印はブラック（カーボンあるい
はポリエチレンが黒く焦げたもの）、図７の□印は銅、
図８の◇印はステンレス、図９の○印はボイドである。また、図１０は図４〜図９を重ね合わせたものである。これらの図からわかるように、各異物あるいはボイドは
その種類特有のパターンを持った色分布を持っている。このパターンは観察数を多くしても変わらない。

【００２３】そして、異物あるいはボイドと認識された
後は、異物あるいはボイドと認識された座標のみを注目
し、座標集団の中心点（平均値）、標準偏差、相関係数
、主成分を予め異物あるいはボイドの種類が分かった状
態で記憶してあるデータを参照し、その特徴に沿ってい
るがどうかによって異物あるいはボイドの種類を判断す
る。

【００２４】ここで、図１１に上述した異物およびボイ
ドの特徴値を図４〜図９に示すグラフの値のＲＧＢ各軸
および各軸同士から求めた計算結果を示す。尚、これら
のデータは、ＲＧＢ値に補正を加えていない。また、各
異物およびボイドの特徴的な数値の部分には斜線を施し
てある。図１１から以下に示すことがわかる。アンバー
は、平均値の中心がポリエチレンとずれており、また、
標準偏差が小さい。ブラックは、黒いので平均値が全体
に亙って低い。銅は、色々な色に光るので標準偏差が小
さい。ステンレスは、彩度がなく、全体に白黒濃淡で表
現されるため、相関係数と、第１〜第３の主成分値の大
きさが大きい。ボイドは、明るいので平均値が高い。

【００２５】尚、この段階で光の散乱などのノイズは、
やはりノイズとして記憶されていたデータを元に除去す
る。また、異物あるいはボイドの位置の認識と色の認識
は、別々に２段階に行っても１度に行ってもいずれでも
よい。このようにして認識した異物あるいはボイドの種
類、大きさや数をカウントして次の画面の検査へ移行し
、最終的にサンプル１の全ての被検査面を検査する。

【００２６】以上説明したように、この発明の実施例に
よれば、異物あるいはボイドの検査精度の向上を図るこ
とができる。検査精度は、従来、６０％であった異物の
認識精度が９０％にアップし、表面乱反射による異物あ
るいはボイドでない部分を異物あるいはボイドと誤認す
る頻度が従来の１／２０〜１／５０になる。

【００２７】尚、上述した実施例において、例えば、光
学的あるいは演算処理による２次元ＦＦＴ（高速フーリ
エ変換）等で異物の有無の確認を行い、異物あるいはボ
イドがない部分においては、ＸＹステージでサンプル１
を移動させて次の画面の検査に移行するようにすれば、
異物あるいはボイドの検査速度をさらに向上させること
ができる。また、上述した実施例においては、色を表現
するのに、カラー画面をＲＧＢに分離した例を示したが
、明度、色度、彩度に分離してもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
、機材に新たな投資をしなくとも、異物あるいはボイド
の検査精度の向上を図ることができるという効果がある
。また、異物あるいはボイドでない部分を異物あるいは
ボイドと誤認する頻度を減少させることができるという
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例および従来例による異物検
査方法を適用した異物検査装置の構成例を示すブロック
図である。

【図２】図１のサンプル１とテレビカメラ３の概略正面
図である。

【図３】リングライト５，６の概略斜視図である。

【図４】この発明の一実施例による異物検査方法を適用
した異物検査装置において処理された架橋ポリエチレン
の色を３原色の強度で表現した図である。

【図５】この発明の一実施例による異物検査方法を適用
した異物検査装置において処理されたアンバーの色を３
原色の強度で表現した図である。

【図６】この発明の一実施例による異物検査方法を適用
した異物検査装置において処理されたブラックの色を３
原色の強度で表現した図である。

【図７】この発明の一実施例による異物検査方法を適用
した異物検査装置において処理された銅の色を３原色の
強度で表現した図である。

【図８】この発明の一実施例による異物検査方法を適用
した異物検査装置において処理されたステンレスの色を
３原色の強度で表現した図である。

【図９】この発明の一実施例による異物検査方法を適用
した異物検査装置において処理されたボイドの色を３原
色の強度で表現した図である。

【図１０】図４〜図９を重ね合わせた図である。

【図１１】異物およびボイドの座標集団の平均値等の特
徴値の一例を示す図である。

【符号の説明】

１　　　　　　　　　　　　サンプル２　　　　　　　　　　　　透明板３　　　　　　　　　　　　テレビカメラ４　　　　　
　　　　　　　マクロレンズ５，６　　　　　　　　リ
ングライト７，７１，７２　　光源８　　　　　　　　　　　　光ファイバーケーブル９　
　　　　　　　　　　　発光体１０　　　　　　　　　　Ａ／Ｄ変換器１１　　　　　
　　　　　画像メモリ１２　　　　　　　　　　演算装置１３　　　　　　　　　　表示装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　薄くスライスされた透明または半透明
の樹脂からなるサンプル中に含まれている異物あるいは
ボイドの色が最も際立つように落射光および透過光を照
射しつつ、前記サンプルをカラー撮影し、この撮影によ
って得られた第１のカラー画像を赤データ，緑データ，
青データに分離して記憶し、前記赤データ，緑データ，
青データのすべてを前記第１の画像データの画面全体に
亙って走査して前記サンプルの母材の色範囲を指定して
認識することにより、前記サンプルの母材と認識されな
い部分の前記画面上の座標を抽出して記憶し、前記サン
プル中に含まれている異物あるいはボイドの影が最も際
立つように透過光を照射しつつ、前記サンプルをカラー
撮影し、この撮影によって得られた第２のカラー画像を
赤データ，緑データ，青データに分離して記憶し、前記
赤データ，緑データ，青データのすべてを前記第２の画
像データの画面全体に亙って走査して前記サンプルの母
材の標準的な明るさの範囲の下限よりも暗い部分と、前
記サンプルの母材の標準的な明るさの範囲の上限よりも
明るい部分とを認識することにより、前記サンプルの母
材と認識されない部分の前記画面上の座標を抽出して記
憶し、前記第１の画像データに基づいて得られた座標と
前記第２の画像データに基づいて得られた座標とを重ね
合わせ、少なくともその一方によって指定される画素集
団を前記異物あるいはボイドの座標と認識し、前記異物
あるいはボイドとして認識された前記画素集団の座標を
構成する画素の色を前記異物あるいはボイドの予め求め
た座標系における特性と照合して前記異物あるいはボイ
ドの種類を認識することを特徴とする異物検査方法。
【請求項２】　　前記異物あるいはボイドの座標系にお
ける特性は、前記画素集団内の赤データ，緑データ，青
データのそれぞれあるいは３つの和もしくは３つのデー
タの構成比，平均値，標準偏差，相関係数，主成分その
他の統計上の値等からなる関係値、前記画素集団を構成
する各画素の赤データ，緑データ，青データのそれぞれ
あるいはすべての和もしくはすべてのデータの前記関係
値、隣り合った画素同士の明るさ・色の変化量・変化率
等であることを特徴とする請求項１記載の異物検査方法
。